La teoría de lo que es el v-sync descuadra completamente con lo que dices, claro que no tengo el Doom 3 para comprobarlo, pero activar o desactivar vsync no debería afectar nada a la calidad gráfica, ya que únicamente sincroniza los fps con el refresco de tu pantalla, y de hecho funciona al revés de lo que dices, con el vsync activado los fps deberían ser 60 (con un monitor de 60Hz) y no mostrar "rallas".
EDIT; pues eso, lo que te dice Gaiden.